JP2006284871A - 光ファイバ固定部材及びその製造方法並びに光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

光ファイバ固定部材及びその製造方法並びに光モジュール及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 光ファイバの光軸ズレの修正を容易に行うことができ、長期信頼性の高い光ファイバ固定部材を提供する。
【解決手段】 金属板２０に切り込み２２を設けて屈曲部を形成し、この屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部２１とし、金属板２０の屈曲部以外を固定部２３として使用する構成を備えている。従って、簡単な構成で安定して光ファイバを固定することができる。また、光ファイバを保持する領域上は開放されているので、固定部材の高さを低背化することができる。さらに、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成しているので、溶接可能領域を増やすことができ、光軸ズレの修正が容易となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は光通信分野に用いられる光ファイバ固定部材及びその製造方法、並びに固定部材を有する光モジュール及びその製造方法に関する。
従来から、光ファイバを固定するために固定部材が用いられている。固定部材は、光ファイバの保持部材（一般に光ファイバは非常に細いため、それを直接に保持するのではなく、その周囲を保護するための保持部材を設けて保持している）をモジュールに固定するために用いられる。この固定部材は、光ファイバの光学的位置合わせを行った後、レーザ溶接などにより固定される。
従来の光デバイス組立体の構造の一例を図１に示す。この組立体は、後に光モジュールのパッケージに収容されて、光モジュールとされるのが一般的である。従来の光デバイス組立体の構造は、図１に示すように、ベース１０の上面にサブマウント１１を介して半導体レーザ１２が設けられており、また、固定部材１３が光ファイバ１４に跨がるようにしてベース１０に固定されている。この固定部材１３は、図２に示すように、例えばステンレスからなる金属板１３Ａを屈曲して形成される。図３（Ａ）には金属板を屈曲して形成した固定部材１３を裏面側から見た図を示し、図３（Ｂ）には、固定部材１３を光ファイバ１４の方向から見た側面図を示し、図３（Ｃ）には、固定部材１３を側面から見た側面図を示す。
図３（Ｂ）に示すように固定部材１３は、光ファイバ１４を両側で保持・固定するため保持部１３1と、光ファイバの両側の保持部を連結する逆Ｕ字形の連結部１３2、そしてこの固定部材１３をベース１０に固定するための固定部１３3とを備えている。
保持部１３1や固定部１３３のそれぞれを固定するために、溶接（レーザ溶接）が採用されている。これら溶接は、実施可能な領域が固定部材１３の外周の部分（周縁）と溶接対象（保持部１３1なら光ファイバ支持部１５、固定部１３3ならベース１０）の境目に限られる。つまり、固定部材１３の外周では、固定部材１３と溶接対象の両方が露出しているため、固定部材１３を貫通して溶接する場合に比べて小さい出力で溶接できるからである。固定部材１３を貫通して溶接する場合は、貫通のための大出力の溶接が必要で、また溶接状態を外から確認することができないため、場合によっては部材そのものを破壊するなど、信頼性の高い製造には不向きである。
特許文献１には、光ファイバを固定する凹部構造が形成されたファイバ固定部材が開示されている。
特開平７−３３３４７１号公報
図１に示す光デバイス組立体に設けられた光ファイバ１４は、予め最適な光結合をなすように位置決めが行われるが、固定部材１３の溶接時の固化、収縮により光軸ズレが発生する場合がある。また、固定部材１３の固定部１３３は、金属板１３Ａを図３（Ｂ）に示すような複雑な形状に折り曲げることによって形成されるため、光ファイバ１４の両側で固定部１３３が水平にならない場合があり、その結果、固定部１３３を溶接する時に固定部材１３に傾きが生じて、さらに光軸ズレが大きくなるという問題があった。
もちろん、溶接後の光軸ズレに対しては、他の領域に更に溶接を行うことで、その固化、収縮を利用して、光軸修正を行うことが考えられるが、この修正溶接も、限られた溶接領域になされるしかないため、光軸の修正範囲が制限され、結局、修正量が限られるか、または、全く修正にならないかである。
更に従来の固定部材１３は、図３（Ｂ）に示すように光ファイバ１４を跨いで連結部１３２が設けられる構造であるため、光ファイバ１４を位置決めする工程において、光ファイバ１４と連結部１３２とが接触する場合がある。この場合、連結部１３２が光ファイバ１４によって吊り上げられてしまう。特に吊り上りが微小の場合は、固定部材１３の浮きに気づかずに溶接が実施され、出荷後の安定性が悪くなるという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバの光軸ズレの修正を容易に行うことができ、長期信頼性の高い光ファイバ固定部材及び光モジュールを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために本発明の光ファイバ固定部材は、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、該屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部とし、前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部として使用する構成を備えている。
上記光ファイバ固定部材において、前記屈曲部は、所定間隔をおいて複数に分割されているとよい。
上記光ファイバ固定部材において、前記屈曲部は、略コ字形状に形成されているとよい。また、前記固定部が、略コ字形状に形成されていてもよい。
上記光ファイバ固定部材において、前記固定部は、前記金属部材を屈曲することなく設けられているとよい。
本発明の光モジュールは、光学装置と、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、該屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部とし、前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部とする光ファイバ固定部材と、前記光ファイバ固定部材の前記固定部をその上面に配置するベースと、前記光ファイバ固定部材の前記保持部によって保持され、その内部には前記光ファイバを保持してなる光ファイバ保持部と、前記光ファイバと前記光学装置とが位置決めされた状態で、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、および前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間が溶接されてなる構成を備えている。
上記光モジュールにおいて、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の固定部の間、あるいは前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間には、前記光ファイバと前記光学装置の間の位置決め状態を修正する修正溶接が実施されてなるとよい。
上記光モジュールにおいて、前記溶接あるいは前記修正溶接は、前記光ファイバ固定部材の前記切り込みによって形成された辺に対してなされているとよい。
上記光モジュールにおいて、前記光学装置は、半導体レーザあるいは受光素子であるとよい。
本発明の光ファイバ固定部材の製造方法は、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成するステップと、前記屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部を形成するステップと、前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部とするステップと、を有している。
上記光ファイバ固定部材の製造方法において、前記切り込みは、前記屈曲部を複数に分割するものであるとよい。
上記光ファイバ固定部材の製造方法において、前記切り込みを略コ字形状とすることで、前記屈曲部を略コ字形状としてもよいし、また、前記切り込みを略コ字形状とすることで、前記固定部を略コ字形状としてもよい。
本発明の光モジュールの製造方法は、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、該屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部とし、前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部とする光ファイバ固定部材の前記保持部と対応させて、その内部に前記光ファイバを保持してなる光ファイバ保持部を配置するステップと、前記光ファイバの光軸を光学装置に対応して位置決めするステップと、前記位置決めされた状態で、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、および前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間を溶接する溶接ステップと、を有している。
上記光モジュールの製造方法において、前記溶接ステップの後に、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、あるいは前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間に対して、前記光ファイバと前記光学装置の間の位置決め状態を修正する修正溶接を実施する修正溶接ステップをさらに有しているとよい。
上記光モジュールの製造方法において、前記光ファイバ保持部は、位置合わせ治具によって保持され、前記溶接ステップの終了後、前記修正溶接ステップの前に前記光ファイバ保持部を開放するとよい。
上記光モジュールの製造方法において、前記溶接ステップあるいは前記修正溶接ステップは、レーザ溶接によって実施されるとよい。
このように本発明は、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、これを折り曲げて保持部としているので、簡単な構成で安定して光ファイバを固定することができる。また、光ファイバを保持する領域上は開放されているので、固定部材の高さを低背化することができる。さらに、金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成しているので、金属部材の外周を増やすことができ、溶接可能領域を増やすことができる。従って、光ファイバの光軸ズレの修正が容易となる。
添付図面を参照しながら本発明の最良の実施例を説明する。
まず、図４を参照しながら本発明にかかる固定部材の構成を説明する。図４（Ａ）に示すように本実施例は、金属板２０の対向する両端部に切り込み２２を設けて屈曲部を形成し、この屈曲部を図４（Ｂ）に示すように、平行に設けられた点線の屈曲部で、同一方向に折り曲げることで光ファイバを両側から挟み込む保持部２１を形成している。図４（Ｂ）に示すように光ファイバを保持する領域の上方は、開放されている。開放とすることで、光ファイバの位置決めを行うときに、光ファイバによって固定部材がつり上げられてしまう不具合を生じない。なお、金属板２０には、例えばステンレスを用いることができる。
金属板２０の保持部２１以外の部分は、金属板を固定する固定部２３として使用される。この固定部２３は、屈曲加工されないことから、元の金属板２０の平面状態が維持され、安定して光ファイバを固定することができる。
このような形状の固定部材３０は、図１５に示すベース５１上に溶接によって固定されるが、溶接可能な固定部材の領域を従来と比較して増やすことができる。すなわち、図２（Ａ）に示すように従来の固定部材は、溶接可能領域が金属板の外周部（周縁部）だけであるが、本実施例では図４（Ｃ）に点線で示すように金属板２０の外周だけでなく、保持部２１を折り曲げることによってできた切り込み部分も溶接可能領域となる。従って、保持する光ファイバの光軸を修正するための修正溶接可能な領域が大きくなり、光軸の修正量を拡大することができる。
なお、図４（Ｂ）では、保持部２１は固定部２３に対して直角に曲げられているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、２つの保持部２１を同等の大きさで対向するように形成しているが、保持部の面積が同一である必要はなく、形成位置がずれていてもよい。
次に、保持部２１の形状について例を挙げて説明する。なお、図５〜図１４には、保持部２１の形状を変更した固定部材３０の構成が示されているが、各図に共通して、（Ａ）には、保持部２１を折り曲げる前の状態で上から見た図を示し、（Ｂ）には、保持部２１を折り曲げた状態で側面から見た側面図を示し、（Ｃ）には、保持部２１を折り曲げた状態で上から見た図を示す。
図５に示す例では、金属板の内側から外周まで到達する直線的な切り込みを形成して保持部２１としている。保持部２１は、たとえばプレス切断による切断加工によって形成される。図５（Ａ）に示す保持部２１を同一方向に折り曲げ、光ファイバの保持部とする。
このとき、切り込みを入れた断片の何れを保持部にするかを適宜選択することができる。図５では、中央の部分を保持部２１としており、図６では、図５の保持部２１を固定部２３として、図５の固定部２３を保持部２１としている。何れの場合においても、本発明の効果は同等であるが、光ファイバを大きな間隔で溶接できた方が、安定性の点で有利である。この観点からすると、最も離間する溶接箇所は、金属板の外周であることから、図６に示すように、保持部２１を構成する断片として、固定部とは垂直方向に配置される辺に金属板の外周を含むものが選択された構造が好ましいと言える。なお、これら保持部２１は、金型を利用したプレス加工によって実現することができる。なお、図７、８には、保持部２１又は固定部２３の数を複数にした構成を示している。保持部２１と固定部２３が増加することにより、さらに溶接可能領域が増加できる。
また図９は、金属板の内側に切欠きを設けて、固定部２３の形状を略コ字形状にした構成を示す。前記金属板の切欠きを外周までは到達させないことで、図９に示す形状の保持部２１を形成する。また図１０には、図９とは逆に保持部２１に略コ字形状にした構成を示す。このように保持部２１または固定部２３が閉じた形状を備えることで、保持部２１又は固定部２３の安定性を高めることができる。
また図１１には、金属板の外周にまで到達した切り込みと前記金属板の内側に切欠きを設けた実施例を示す。図１２には、図１１の保持部２１と固定部２３とを交換した構成を示す。また図１３には、略コ字形状に保持部２１を設け、固定部２３が金属板２０の外周側でつながっている構成を示し、図１４には、図１３の保持部２１と固定部２３とを交換した構成を示す。
なお、図９、１０、１２、１３、１４に示すように保持部２１を連結する構成をとった場合、この連結された部分は、溶接可能領域をなしているため、従来の溶接には無用の連結部とは異なり、保持部として作用可能である。
図１５を参照しながら、固定部材３０を搭載した光モジュール４０の構成を説明する。光モジュール４０は、図１５に示すようにサブマウント５２、半導体レーザ５３、サーモモジュール５９、レンズ（レンズフォルダ）５４、ベース５１、光ファイバ５８、光ファイバ保持部５５、固定部材３０、モジュールパッケージ５７とを有している。
図１５に示すように、サブマウント５２には半導体レーザ５３が搭載されており、また、その側面にはレンズフォルダに保持されたレンズ５４が設けられている。このサブマウント５２は、基台となるベース５１上に設けられるものである。また、ベース５１上には、本発明による固定部材３０が配置される。本実施例では、図１０に示す形状の固定部材３０を採用している。
光ファイバ５８は、光ファイバ保持部（フェルール）５５によってその先端が保持されており、光学的に位置決めされるとともに、固定部材３０によって、ベース５１上に溶接固定される。なお、ベース５１はモジュールパッケージ５７内に設けられたサーモモジュール５９に搭載される。
次に図１６を参照しながら光モジュール４０の製造手順を説明する。まず、半導体レーザ５３とレンズ５４をサブマウント５２に固定する（ステップＳ１）。次に、サブマウント５２をベース５１に固定する（ステップＳ２）。
次に、モジュールパッケージ５７に固定されたサーモモジュール５９上にベース５１を固定する（ステップＳ３）（なお、ステップＳ１で固定されたレンズ５４は、この工程の後に行っても良い）。次に、固定部材３０を配置する。この段階では固定部材３０は溶接しない。
次に、光ファイバ５８を固定部材３０の保持部２１の間に配置し、半導体レーザ５３を駆動してレーザ光を出力し、レーザ光と光ファイバ５８との光軸調整を行って、所望の光結合度が得られるように光ファイバ５８を調心する（ステップＳ４）。この調心は、光ファイバ保持部を挟持する、位置あわせ治具（図示せず）を操作することによってなされる。本発明の固定部材３０によれば、保持部の上方が開放されているため、この調心工程において従来のように固定部材３０が連結部で吊り上げられる（浮き上がる）ことはない。
次に、調心後、たとえばＹＡＧレーザによるレーザ溶接によって固定部材３０の固定部２３をベース５１に固定し、次に、光ファイバ保持部５５と固定部材３０の保持部５５を同様に溶接固定する（ステップＳ５）。なお、溶接完了までの間、光ファイバ保持部５５は位置合わせ治具によってステップＳ４における調心後の位置で固定されている。本発明の固定部材３０の採用により、固定部材３０の固定部２３が光ファイバ５８の両側で水平であるため、この溶接において固定部材３０が傾いて固定されることや、溶接後の安定性が悪化することが解消される。
次に、位置合わせ治具を外し、再度、半導体レーザを駆動して、光結合度を測定する。これは、ステップＳ４の調心後の各工程において、光ファイバ５８が調心位置から変動する場合があるからである。測定した光結合度を所定の値と比較し、光結合度が所定の値を下回っていた場合には（ステップＳ６／ＹＥＳ）、修正溶接を行う（ステップＳ７）。ここで修正溶接とは、溶接によって固化収縮することを利用して、所望の光軸修正を実現する方法である。この修正溶接は、ＹＡＧレーザなどを照射して溶接ポイントを作り、その際に変化する光結合度を検知しながら、適宜所望の光結合度が実現されるように調節するものである。なお、この修正溶接は、固定部材３０の保持部２１あるいは固定部２３のいずれかあるいは両方に行うことができる。光結合度が所定の値を下回っていなかった場合には（ステップＳ６／ＮＯ）、修正溶接の工程は省かれる。
以上の工程の後、キャップ（図示せず）を設けてモジュールパッケージ５７にキャップを気密封止（ステップＳ８）することで、半導体レーザモジュールが完成する。
このように本実施例は、金属板２０に切り込みを入れて形成した保持部２１によって固定部材３０の溶接可能領域が増加しているため、この修正溶接に適用可能な溶接範囲が増加し、したがって、光軸の修正範囲が増大できる。また、固定部材３０が水平を保てることから、固定部材３０を溶接する工程において生じる変位が低減でき、光軸の修正範囲の増大効果が阻害されることが防止できる。
また固定部材３０は保持部２１の上方が開放されているため、モジュールの高さが低減できる。つまり、従来のように固定部材に連結部を設けていた場合では、光ファイバ保持部５５よりも高い位置に溶接には無用の連結部が位置するため、これを収容するモジュールパッケージ５７の高さも大きくなっていたのであるが、本発明ではこのような連結部を持たないことから、この問題を解消することができる。
上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば。上述した実施例では、半導体レーザを搭載した光モジュールについて説明したが、これに代えて受光素子を搭載した光モジュールなどに採用することも可能である。
従来の光組み立てデバイスの構造を示す図である。 金属板の構成を示す図である。 （Ａ）は、従来の固定部材を下側から見た下面図であり、（Ｂ）は、光ファイバ側から見た側面図であり、（Ｃ）は、側方から見た側面図である。 本発明の固定部材の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 保持部の構成を示す図である。 光モジュールの構成を示す図である。 光モジュールの製造手順を示すフローチャートである。
符号の説明
２０ 金属板
２１ 保持部
２２ 切り込み
２３ 固定部
２４ 溶接可能領域
３０ 固定部材
４０ 光モジュール
５１ ベース
５２ サブマウント
５３ 半導体レーザ
５４ レンズ
５５ 光ファイバ保持部
５６ レーザ溶接部
５７ モジュールパッケージ
５８ 光ファイバ
５９ サーモモジュール

Claims (17)

  1. 金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、該屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部とし、
    前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部として使用することを特徴とする光ファイバ固定部材。
  2. 前記屈曲部は、所定間隔をおいて複数に分割されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ固定部材。
  3. 前記屈曲部は、略コ字形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ固定部材。
  4. 前記固定部は、略コ字形状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ固定部材。
  5. 前記固定部は、前記金属部材を屈曲することなく設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光ファイバ固定部材。
  6. 光学装置と、
    金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、該屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部とし、前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部とする光ファイバ固定部材と、
    前記光ファイバ固定部材の前記固定部をその上面に配置するベースと、
    前記光ファイバ固定部材の前記保持部によって保持され、その内部には前記光ファイバを保持してなる光ファイバ保持部と、
    前記光ファイバと前記光学装置とが位置決めされた状態で、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、および前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間が溶接されてなることを特徴とする光モジュール。
  7. 前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、あるいは前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間には、前記光ファイバと前記光学装置の間の位置決め状態を修正する修正溶接が実施されてなることを特徴とする請求項６記載の光モジュール。
  8. 前記溶接あるいは前記修正溶接は、前記光ファイバ固定部材の前記切り込みによって形成された辺に対してなされることを特徴とする請求項６又は７記載の光モジュール。
  9. 前記光学装置は、半導体レーザあるいは受光素子であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の光モジュール。
  10. 金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成するステップと、
    前記屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部を形成するステップと、
    前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部とするステップと、を有することを特徴とする光ファイバ固定部材の製造方法。
  11. 前記切り込みは、前記屈曲部を複数に分割するものであることを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ固定部材の製造方法。
  12. 前記切り込みを略コ字形状とすることで、前記屈曲部を略コ字形状とすることを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ固定部材の製造方法。
  13. 前記切り込みを略コ字形状とすることで、前記固定部を略コ字形状とすることを特徴とする請求項１０記載の光ファイバ固定部材の製造方法。
  14. 金属部材に切り込みを設けて屈曲部を形成し、該屈曲部を折り曲げて、光ファイバを両側から挟み込む保持部とし、前記金属部材の前記屈曲部以外を固定部とする光ファイバ固定部材の前記保持部と対応させて、その内部に前記光ファイバを保持してなる光ファイバ保持部を配置するステップと、
    前記光ファイバの光軸を光学装置に対応して位置決めするステップと、
    前記位置決めされた状態で、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、および前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間を溶接する溶接ステップと、を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
  15. 前記溶接ステップの後に、前記ベースと前記光ファイバ固定部材の前記固定部の間、あるいは前記光ファイバ保持部と前記光ファイバ固定部材の前記保持部の間に対して、前記光ファイバと前記光学装置の間の位置決め状態を修正する修正溶接を実施する修正溶接ステップをさらに有することを特徴とする請求項１４記載の光モジュールの製造方法。
  16. 前記光ファイバ保持部は、位置合わせ治具によって保持され、前記溶接ステップの終了後、前記修正溶接ステップの前に前記光ファイバ保持部を開放することを特徴とする請求項１５記載の光モジュールの製造方法。
  17. 前記溶接ステップあるいは前記修正溶接ステップは、レーザ溶接によって実施されることを特徴とする請求項１４または１５記載の光モジュールの製造方法。
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